(57)【要約】【課題】  少ないメモリ容量のトルク補正データで、負荷トルク変動および発生トルク変動を抑制するとともに、モータをより平滑に駆動し、モータを内蔵した圧縮機の振動および騒音を抑制することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  補正データ作成部２１は、回転位置検出部１９によって更新された回転位置情報に基づいて、補正用正弦波データテーブル２０から、負荷トルク変動補正データとと発生トルク変動補正データとを読み出し、読み出した発生トルク変動補正データをトルク定数の周期変動成分ｋとする。そして、トルク定数の周期変動成分ｋから、発生トルク変動補正データｉｃを求め、負荷トルク変動補正データｉと発生トルク変動補正データｉｃとを合算し、合算したトルク変動補正データをＰＷＭ作成部１８に送る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転角度に同期して周期的に変動する、モータが発生する発生トルクと負荷を駆動するために必要な負荷トルクとの差の変動であるトルク変動を抑制するモータ制御装置であって、
モータの回転角度に対して正弦波状に変化するトルクの値を表す正弦波データを記憶する記憶部と、
記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて、発生トルクを補正するための複数の補正トルクであって、位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正トルクを発生するための複数の補正データを生成し、生成した複数の補正データによって発生される複数の補正トルクの値を加算し、加算した補正トルクの値を発生させるためのトルク変動補正データを生成するトルク変動補正データ生成部と、
トルク変動補正データ生成部によって生成されたトルク変動補正データに基づいて、発生トルクを制御してトルク変動を抑制する制御部とを含むことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記複数の補正データは、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値の変動成分をフーリエ級数展開したときの正弦の項または余弦の項によって表わされる波形のデータであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記複数の補正データは、負荷に起因するトルク変動を抑制するための負荷トルク変動補正データと、負荷を除く残余の要因に起因するトルク変動を抑制するための発生トルク変動補正データとからなり、
前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して発生トルクの変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数の補正データは、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の一次成分を抑制するための負荷トルク変動補正データと、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の二次以上の成分を抑制するための発生トルク変動補正データとからなり、
前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して変動周期の二次以上の変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差に基づいてモータの回転角度を算出する回転角度算出部をさらに含み、
前記トルク変動補正データ生成部は、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて複数の補正データを生成するとき、回転角度算出部によって算出された回転角度でのトルクの値を前記記憶部に記憶される正弦波データから取得し、取得した正弦波データが表すトルクの値に基づいて、前記複数の補正データを生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差が予め定める位相差になるように発生トルクを制御してトルク変動を抑制することを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、前記トルク変動補正データ生成部によって生成された負荷トルク変動補正データおよび発生トルク変動補正データに基づいて、モータの回転角度と前記正弦波データに対応する目標回転角度との差の変動を抑制するように発生トルクを制御してトルク変動を抑制することを特徴とする請求項３または４に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて形成した電圧波形の電圧をモータの各相に印加することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子に永久磁石を使用した同期型モータのトルク変動を抑制するモータ制御装置に関し、より詳細には、エアコンディショナーなどに搭載される圧縮機を駆動するモータのトルク変動を効果的に抑制するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンディショナー（以下「エアコン」という）などで一般的に使用されている圧縮機は、基本的に、冷媒を吸入、圧縮、そして排出するロータリーベーン式などの圧縮機構と、該圧縮機構を駆動させるためのモータである電動機機構とが、主要構成品として構成されている。近年、家庭用エアコン用途の圧縮機構としては、ロータリーベーン式を１系統備えたシングルロータリー方式、および、ロータリーベーン式を２系統備え、各々の配置を１８０度対向としたツインロータリー方式が広く使用されている。また、モータとしては、複数のコイルを配置した固定子と、永久磁石および回転軸で構成された回転子とによる、永久磁石同期型モータが一般的に使用されている。
【０００３】
モータの回転軸と圧縮機構の回転部とは締結されており、圧縮機構は、モータの回転に同期して、冷媒の吸入、冷媒の圧縮、および冷媒の排出からなる圧縮工程を行う。各工程における必要負荷が異なるため、モータには、圧縮工程に同期した負荷トルク変動が発生する。上述したように、圧縮工程は、モータの回転と同期しているので、この負荷トルク変動は、モータの回転位置、つまり回転角度によって決まる変動として発生する。上述のシングルロータリー方式では、モータ１回転で１周期の負荷トルク変動が発生し、ツインロータリー方式では、モータ１回転で２周期の負荷トルク変動が発生する。
【０００４】
この負荷トルク変動は、モータの振動や、モータの回転速度の変動としても表れるので、結果的に、圧縮機全体の振動や騒音の一因となっている。負荷トルクが脈動的に変動すると、モータの駆動トルクと負荷トルクとに差が生じる。この差は、本来モータが回転するためのパワーの過不足分になる。この過不足パワーは、モータの回転速度の変動や、それに伴うモータの振動や圧縮機の振動として表れる。
【０００５】
この負荷トルク変動を抑えるための第１の従来技術は、モータ回転角度３０度ごとに、モータコイルに発生する逆起電圧を回転位置情報として検出し、３０度ごとの回転位置情報の時間間隔の長短関係に基づいて、モータの回転速度の変動を特定することによって、負荷トルク変動の発生箇所を特定する。そして、この第１の従来技術は、回転位置３０度刻みごとの回転位置情報に応じて、負荷トルクを抑えるための補正データテーブルから補正データを読み出し、読み出した補正データで補正したモータ駆動電圧を印加して、負荷トルク変動を打ち消すトルクを発生させて抑制する。補正データテーブルには、負荷トルク変動を抑えるための駆動電圧の補正波形が得られるように、データをカスタマイズして作成された補正データが含まれる。補正データテーブルは、不揮発性メモリ内に格納されている。
【０００６】
第２の従来技術として、特許文献１に記載される電動圧縮機の制御装置がある。この電動圧縮機の制御装置は、直結された同期電動機によって駆動される圧縮機の振動および騒音を低減するために、同期電動機の負荷トルクの脈動の位相を判定する負荷トルク位相判定回路、および負荷トルクの脈動によって発生する角速度の変動を低減するためのトルク補正を行う発生トルク補正回路を備える。
【０００７】
第３の従来技術として、特許文献２に記載されるモータ制御装置がある。このモータ制御装置は、周期的な負荷トルク変動を有する圧縮機を回転駆動するモータの駆動トルクを、圧縮機の特性に応じて制御する。モータ制御装置は、音や振動の低減のために、衝撃緩和トルクマップに基づいて、予め定められた所定の回転角において、基本駆動トルクを補正して、駆動トルクを低減する。
【０００８】
第４の従来技術として、特許文献３に記載される圧縮機に接続されたモータの制御装置がある。このモータの制御装置は、平均負荷トルクと、モータの出力トルクを変動させるための基準となる正規化トルクパターンとを乗算して補償トルクを求め、平均負荷トルクと補償トルクとを加算して、モータ出力トルクとする。
【０００９】
第５の従来技術として、特許文献４に記載される同期電動機制御装置がある。この同期電動機制御装置は、トルク指令に対してｄ軸電流指令データテーブルを用いてｄ軸電流指令を算出し、トルク指令とｄ軸電流指令とから同期電動機のトルク式を用いてｑ軸電流指令を算出し直して、トルク指令と出力トルクとを一致させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−４１１６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５６７４号公報
【特許文献３】特開２００８−２４５５０６号公報
【特許文献４】特開２０１０−８８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
第１〜第５の従来技術は、圧縮機構の負荷変動による負荷トルク変動を抑制することを目的としたものであり、補正データ、たとえば衝撃緩和トルクマップ、正規化トルクパターン、あるいはｄ軸電流指令データテーブルなどの補正データは、負荷変動波形に合わせたものである。したがって、圧縮機構の構造や運転条件が変わるごとに、専用の補正データを用意しなければならず、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）内の補正データ格納メモリを大容量必要とする。
【００１２】
また、モータの組み付け誤差によって、永久磁石や回転軸で構成される回転子の位置が、モータのコイルを配置した固定子の中心からずれてしまう偏芯や、永久磁石の配置によって発生する磁束むらによって、発生トルクそのものが変動してしまうことがある。発生トルクそのものが変動する発生トルク変動による騒音や振動も問題であるが、第１〜第５の従来技術は、発生トルク変動に対する補正については何ら考慮されていない。
【００１３】
負荷トルク変動は、モータの外部から伝わるトルクの変動であり、基本的な考え方として、これを抑制して振動や騒音を低減するためには、モータの駆動電圧や駆動電流が、負荷変動と同じトルク変動で変動するように補正データを作成すればよい。これは、つまり、大きなトルクが必要な回転位置では、それに応じた大きなトルクを発生させることである。
【００１４】
しかしながら、モータの偏芯や磁束むらなどによる発生トルク変動は、トルク定数自体が回転に同期して周期的に変動するために発生するものである。したがって、トルク定数が変動しても、発生トルクが一定になるように補正データを作成する必要があり、発生トルクを変える第１〜第５の従来技術と同じ考え方では、発生トルク変動を抑制することはできない。
【００１５】
さらに、モータの磁束むらによる発生トルク変動の代表的なものとして、一般にトルクリップルと呼ばれる成分は、１回転中に、固定子のモータコイルスロット数と回転子の磁石極数との最小公倍数の周期で発生する、たとえば、３相６スロット４極モータの場合、回転数の１２倍の高次周期が基本のトルク変動成分となる。ここで、補正データは、回転位置情報に応じて読み出されて、出力されるが、回転位置の検出分解能が低いと、実際のトルク変動と、補正データによる発生トルクとに位相差が生じ、トルク変動の補正効果が弱まってしまうし、位相差が大きすぎると、逆にトルク変動を増大させてしまうこともある。これは、簡易的に、位相の異なる正弦波同士の引き算を行えば分かることであり、電気角で６０度以上の位相差が生じると、補正効果はなくなり、返ってトルク変動が増大してしまう。
【００１６】
これを、上述した１回転１２回の基本変動成分を持つトルクリップルの場合について具体的に示すと、１２倍成分は、回転角度３０度でトルク変動１周期が発生していることになる。さらに、上述した補正効果を発揮するための電気角６０度の回転角度を求めると、３０×６０÷３６０＝５となり、回転位置として少なくとも±５度より小さい検出精度が得られないと、トルク補正が行えないことになる。
【００１７】
上述した従来技術では、そもそも１回転中の回転位置検出間隔がトルクリップル１周期と同じ３０度であるので、これから補正データを作成することは不可能である。
【００１８】
本発明の目的は、少ないメモリ容量のトルク補正データで、負荷トルク変動および発生トルク変動を抑制するとともに、モータをより平滑に駆動し、モータを内蔵した圧縮機の振動および騒音を抑制することができるモータ制御装置の提供することである。
【００１９】
また、本発明の目的は、メモリに格納するトルク補正データを、モータ固有のデータではなく、モータの個体差や機種に依存しない汎用性の高いデータとすることができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、モータの回転角度に同期して周期的に変動する、モータが発生する発生トルクと負荷を駆動するために必要な負荷トルクとの差の変動であるトルク変動を抑制するモータ制御装置であって、
モータの回転角度に対して正弦波状に変化するトルクの値を表す正弦波データを記憶する記憶部と、
記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて、発生トルクを補正するための複数の補正トルクであって、位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正トルクを発生するための複数の補正データを生成し、生成した複数の補正データによって発生される複数の補正トルクの値を加算し、加算した補正トルクの値を発生させるためのトルク変動補正データを生成するトルク変動補正データ生成部と、
トルク変動補正データ生成部によって生成されたトルク変動補正データに基づいて、発生トルクを制御してトルク変動を抑制する制御部とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。
【００２１】
また本発明は、前記複数の補正データは、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値の変動成分をフーリエ級数展開したときの正弦の項または余弦の項によって表わされる波形のデータであることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記複数の補正データは、負荷に起因するトルク変動を抑制するための負荷トルク変動補正データと、負荷を除く残余の要因に起因するトルク変動を抑制するための発生トルク変動補正データとからなり、
前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して発生トルクの変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記複数の補正データは、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の一次成分を抑制するための負荷トルク変動補正データと、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の二次以上の成分を抑制するための発生トルク変動補正データとからなり、
前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して変動周期の二次以上の変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差に基づいてモータの回転角度を算出する回転角度算出部をさらに含み、
前記トルク変動補正データ生成部は、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて複数の補正データを生成するとき、回転角度算出部によって算出された回転角度でのトルクの値を前記記憶部に記憶される正弦波データから取得し、取得した正弦波データが表すトルクの値に基づいて、前記複数の補正データを生成することを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差が予め定める位相差になるように発生トルクを制御してトルク変動を抑制することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、前記トルク変動補正データ生成部によって生成された負荷トルク変動補正データおよび発生トルク変動補正データに基づいて、モータの回転角度と前記正弦波データに対応する目標回転角度との差の変動を抑制するように発生トルクを制御してトルク変動を抑制することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて形成した電圧波形の電圧をモータの各相に印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、モータの回転角度に同期して周期的に変動する、モータが発生する発生トルクと負荷を駆動するために必要な負荷トルクとの差の変動であるトルク変動を抑制するにあたって、記憶部は、モータの回転角度に対して正弦波状に変化するトルクの値を表す正弦波データを記憶する。トルク変動補正データ生成部は、記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて、発生トルクを補正するための複数の補正トルクであって、位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正トルクを発生するための複数の補正データを生成し、生成した複数の補正データによって発生される複数の補正トルクの値を加算し、加算した補正トルクの値を発生させるためのトルク変動補正データを生成する。そして、制御部は、トルク変動補正データ生成部によって生成されたトルク変動補正データに基づいて、発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、モータ制御装置は、少ないメモリ容量のトルク補正データ、つまり正弦波データで、負荷トルク変動および発生トルク変動などのトルク変動を抑制するとともに、モータをより平滑に駆動し、モータを内蔵した圧縮機の振動および騒音を抑制することができる。また、モータ制御装置は、メモリに格納するトルク補正データを、モータ固有のデータではなく、モータの個体差や機種に依存しない汎用性の高いデータとすることができる。
【００２９】
また本発明によれば、前記複数の補正データは、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値の変動成分をフーリエ級数展開したときの正弦の項または余弦の項によって表わされる波形のデータである。したがって、モータ制御装置は、正弦波データから容易に複数の補正データを生成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、前記複数の補正データは、負荷に起因するトルク変動を抑制するための負荷トルク変動補正データと、負荷を除く残余の要因に起因するトルク変動を抑制するための発生トルク変動補正データとからなる。そして、前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して発生トルクの変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成する。したがって、モータ制御装置は、トルク変動の発生要因が、負荷トルク変動および発生トルク変動のように異なった発生要因を含んでいても、効果的にトルク変動を抑制することができるトルク変動補正データを作成することができる。
【００３１】
本発明によれば、前記複数の補正データは、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の一次成分を抑制するための負荷トルク変動補正データと、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の二次以上の成分を抑制するための発生トルク変動補正データとからなる。そして、前記トルク変動補正データ生成部は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して変動周期の二次以上の変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成する。したがって、モータ制御装置は、負荷トルク変動が高次波成分を含んでいても、トルクリップルをはじめとする高次のトルク変動の抑制を実現して、効果的にトルク変動を抑制することができるトルク変動補正データを作成することができる。
【００３２】
また本発明によれば、回転角度算出部は、モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差に基づいてモータの回転角度を算出する。そして、前記トルク変動補正データ生成部は、前記記憶部に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて複数の補正データを生成するとき、回転角度算出部によって算出された回転角度でのトルクの値を前記記憶部に記憶される正弦波データから取得し、取得した正弦波データが表すトルクの値に基づいて、前記複数の補正データを生成する。したがって、モータ制御装置は、モータの回転角度を高精度に検出することができるので、トルクリップルなど高次のトルク変動成分の抑制が可能になるとともに、モータ駆動に必要な情報を使用するので特別な検出手段を設ける必要がない。
【００３３】
また本発明によれば、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、モータの特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差が予め定める位相差になるように発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、モータ制御装置は、負荷の振動および騒音を効果的に抑制することができる。
【００３４】
また本発明によれば、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて、前記トルク変動補正データ生成部によって生成された負荷トルク変動補正データおよび発生トルク変動補正データに基づいて、モータの回転角度と前記正弦波データに対応する目標回転角度との差の変動を抑制するように発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、モータ制御装置は、モータの回転を平滑化することができる。
【００３５】
また本発明によれば、前記制御部は、前記トルク変動補正データに基づいて形成した電圧波形の電圧をモータの各相に印加する。したがって、モータ制御装置は、駆動電圧の電圧波形の振幅を制御するので、容易にトルク変動補正データを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態である制御回路７の構成を示すブロック図である。
【図２】駆動用正弦波データテーブル１３に記憶されるデータの一例を示す図である。
【図３】補正用正弦波データテーブル２０に記憶されるデータの一例を示す図である。
【図４】モータ４の断面を示す図である。
【図５】トルクリップルの一例を示す図である。
【図６】トルクリップルの他の例を示す図である。
【図７】トルク変動補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】回転位置検出の実験結果の一例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態である制御回路７１の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態である制御回路７２の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳細に説明する。当然ながら、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、これの実施形態に記載されている構成などは、特に限定的な記載がない限り、この発明の範囲をこれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、本発明の各実施形態において、同じ構成を有するものに対しては、同じ名称かつ同じ参照符を付して説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態である制御回路７の構成を示すブロック図である。交流（Alternating Current：以下「ＡＣ」という）電源供給源１は、交流の駆動電源である。コンバータ２は、ＡＣ電源供給源１からのＡＣ電圧を直流（Direct Current：以下「ＤＣ」という）電圧に変換する。インバータ３は、コンバータ２で変換されたＤＣ電圧を、モータ各相のコイルごとの駆動波形の駆動電圧に振り分け、振り分けた駆動電圧を各相のコイルに供給する。
【００３９】
モータ４は、３相のコイルを備え、回転子に永久磁石を配置した永久磁石同期型モータである。モータ４は、インバータ３とは３本のコイル端子で接続されている。圧縮機構５は、圧縮稼動部がモータ４のトルク軸、つまり回転軸に接続されている。圧縮機６は、主となる構成要素として、モータ４および圧縮機構５を含んで構成される。
【００４０】
負荷である圧縮機構５は、シングルロータリー方式またはツインロータリー方式の圧縮機構であり、吸入、圧縮、および排出からなる圧縮工程を繰り返す。したがって、圧縮機構５の負荷トルクは、圧縮工程に同期して変動する。以下、負荷トルクの変動のことを、負荷トルク変動といい、発生トルクの変動のことを発生トルク変動という。トルク変動を抑制するとは、トルク変動の変動幅、つまり振幅を少なくすることである。
【００４１】
モータ制御装置である制御回路７は、インバータ３を制御することによって、モータ４を制御する制御回路である。制御回路７は、電流検出器８、電流検出アンプ９、モータ電流推定部１０、回転数設定部１１、駆動データ作成部１２、駆動用正弦波データテーブル１３、位相差検出部１４、目標位相差格納部１５、比較部１６、比例積分（Proportional Integral：以下「ＰＩ」という）演算部１７、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：以下「ＰＷＭ」という）作成部１８、回転位置検出部１９、補正用正弦波データテーブル２０および補正データ作成部２１を含んで構成される。
【００４２】
制御回路７は、たとえばマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）および記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、記憶装置に記憶されるプログラムを実行することによって、電流検出器８、および電流検出アンプ９を制御し、モータ電流推定部１０、駆動データ作成部１２、位相差検出部１４、比較部１６、ＰＩ演算部１７、ＰＷＭ作成部１８、回転位置検出部１９、および補正データ作成部２１などの機能を実現し、回転数設定部１１、駆動用正弦波データテーブル１３、目標位相差格納部１５、および補正用正弦波データテーブル２０などの記憶部を実現し、制御に関する計算処理を実行する。
【００４３】
電流検出器８は、微小な値の抵抗器などによって構成され、コンバータ２とインバータ３との間に流れる電流を検出する。電流検出アンプ９は、電流検出器８によって検出された電流を増幅して電流信号を生成し、生成した電流信号をモータ電流推定部１０に送る。
【００４４】
モータ電流推定部１０は、電流検出アンプ９から受け取る電流信号に基づいて、モータ４の各相もしくは特定相に流れるモータ電流を検出する。制御回路７は、ＰＷＭ作成部１８によってインバータ３を制御しており、現在どのコイルに対して電流を流しているかを認識している。モータ電流推定部１０は、ＰＷＭ作成部１８から現在どのコイルに対して電流を流しているかを表す情報を受け取り、その情報に基づいて、各相もしくは特定相に流れているモータ電流を検出する。
【００４５】
モータ電流の検出は、たとえば特開２００５−１６０１４９号公報に記載されている従来技術による方法で行ってもよいが、この方法に限定されるものではなく、カレントトランスなどに代表される電流センサを、モータのある１相のコイル端子に取付けて、モータ電流を直接検出する方法でもよい。
【００４６】
回転数設定部１１は、目標とするモータ回転数を表す情報が記憶しており、記憶しているモータ回転数を表す情報を駆動データ作成部１２に送る。駆動データ作成部１２は、回転数設定部１１から受け取る情報が表すモータ回転数に応じて、駆動用正弦波データテーブル１３から、３相のコイル端子それぞれに印加する駆動電圧の基本波形（以下「駆動電圧波形」という）を形成するための駆動データを読み込み、読み込んだ駆動データを、ＰＷＭ作成部１８および位相差検出部１４に送る。
【００４７】
近年、モータに印加する駆動電圧の波形は、正弦波状の波形が用いられることが多くなっている。正弦波の波形を用いる駆動は、モータの振動および騒音を低減する効果を有する。
【００４８】
図２は、駆動用正弦波データテーブル１３に記憶されるデータの一例を示す図である。図２（ａ）は、駆動用正弦波データテーブル１３の一例を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した駆動用正弦波データテーブル１３のデータをグラフ化したものである。
【００４９】
駆動用正弦波データテーブル１３は、アドレス欄１３１およびデータ欄１３２を有する。アドレス欄１３１は、データが記憶されているアドレスを記憶する。データ欄１３２は、各アドレス欄１３１に記憶されるアドレスごとの振幅を、最大振幅を「１」としたときの値で示すデータを記憶する。駆動用正弦波データテーブル１３は、アドレス０〜３５９の３６０個のデータを含む。駆動用正弦波データテーブル１３に記憶される３６０個のデータは、図２（ｂ）に示した１周期の正弦波を形成する正弦波データである。横軸は、アドレスを示し、縦軸は、振幅、つまりデータ欄１３２の値を示す。
【００５０】
駆動データ作成部１２は、低回転数で駆動するときは、所定の時間間隔で、アドレス０のデータ、アドレス１のデータ、・・・といった具合に、アドレスを「１」ずつ加算しながらデータを読み出す。駆動データ作成部１２は、高回転数で駆動するときは、上記と同じ時間間隔で、アドレス０のデータ、アドレス４のデータ、・・・といった具合に、アドレスを間引きながら読み出す。これによって、高速回転時は低速回転時に比べて、駆動用正弦波データテーブル１３から読み出して、正弦波の波形を１周期分作成するのに要する時間が短くなる。したがって、この正弦波の波形に同期して回転するモータ４の回転速度は、速くなる。
【００５１】
位相差検出部１４は、駆動データ作成部１２で作成された駆動電圧波形のうち、ある特定相についての基準位相、たとえば、正弦波波形の位相０度のタイミングと、モータ電流推定部１０で得られた、前記特定相と同じ相のモータ電流とから、駆動電圧とモータ電流との位相差を検出する。たとえば、位相差検出部１４は、駆動電圧波形の位相０のタイミングと、モータ電流波形の位相０のタイミングとの差を位相差として求め、あるいは駆動電圧波形の位相０のタイミングでモータ電流を複数回サンプリングして、サンプリング結果の平均値などから位相差と同等の情報を位相差として求める。
【００５２】
目標位相差格納部１５は、回転数などの回転条件ごとに、最適な位相差の目標値が目標位相差として記憶され、格納されている。ここで、最適な位相差とは、モータの最高効率が得られる位相差、あるいはＡＣ電源供給源１の不意の電源電圧降下などに対しても、モータが停止することのない安定な駆動ができる位相差のことである。比較部１６は、位相差検出部１４から受け取る位相差と、目標位相差格納部１５から受け取る目標位相差とを比較し、位相差のずれ量を計算する。すなわち、比較部１６は、実際に回転している状態の位相差の、目標位相差に対するずれ量を計算する。
【００５３】
ＰＩ演算部１７は、比較部１６によって計算されたずれ量を積算した値に、所定の積分ゲイン値を乗算する積分（Integral：以下「Ｉ」という）制御計算部と、ずれ量そのものに所定の比例ゲイン値を乗算する比例（Proportional：以下「Ｐ」という）制御計算部とからなり、両計算結果を合算し、合算した合算結果をＰＷＭ作成部１８に送る。回転角度算出部である回転位置検出部１９は、後述する回転子４３の回転位置を、任意の点、たとえば回転角度０度の点を基準とした回転角度に類する回転位置情報として作成する。回転位置検出部１９は、作成した回転位置情報を補正データ作成部２１に送る。
【００５４】
記憶部である補正用正弦波データテーブル２０は、駆動用正弦波データテーブル１３に記憶されているデータと同様のデータ、たとえば図２（ａ）に示した正弦波データと同じデータを記憶する。トルク変動補正データ生成部である補正データ作成部２１は、回転位置検出部１９から受け取る回転位置情報を基本アドレスとして、補正用正弦波データテーブル２０から補正データを読み出し、読み出した補正データに対して後述する計算を行い、計算結果をＰＷＭ作成部１８に送る。
【００５５】
制御部であるＰＷＭ作成部１８は、駆動データ作成部１２から受け取る駆動データ、ＰＩ演算部１７から受け取る合算結果、および補正データ作成部２１から受け取る計算結果に基づいて、実際にモータ４の各コイルに印加する駆動電圧波形を表す駆動電圧データを作成する。ＰＷＭ作成部１８は、通常、インバータ３へは、インバータ３での損失を低減するため、駆動電圧波形をパルス幅変調したＰＷＭ波形として送る。すなわち、ＰＷＭ作成部１８は、駆動電圧波形をＰＷＭ波形に変換して出力する。
【００５６】
電流検出器８、電流検出アンプ９、モータ電流推定部１０、回転数設定部１１、駆動データ作成部１２、駆動用正弦波データテーブル１３、位相差検出部１４、目標位相差格納部１５、比較部１６およびＰＩ演算部１７は、モータ４を駆動するための電圧／電流位相差フィードバック制御系を構成し、回転位置検出部１９、補正用正弦波データテーブル２０および補正データ作成部２１は、トルク変動を補正するためのトルク変動補正データ作成系を構成している。
【００５７】
上述した実施形態では、モータ４の駆動を、電圧と電流との位相差を制御することによって実現している。本実施形態は、後述するように、モータ４の回転位置を検出する方法として、電圧と電流との位相差の情報を使用しており、電圧と電流との位相差の情報を、モータ４の駆動とモータ４の回転位置を検出とで共有することができるので、演算量を軽減することができる効果的な構成である。モータ４の駆動は、これに限定されるものではなく、従来からある、逆起電圧を検出し、検出した逆起電圧に基づいて回転速度をフィードバック制御するもの、もしくは文献「エアコン用正弦波駆動インバーターコンプレッサモータの高性能駆動：東芝レビューＶｏｌ．５７Ｎｏ．１０」に記載されているようなベクトル制御によって、回転速度および回転位置を推定して駆動するものであってもよい。
【００５８】
次に、補正用正弦波データテーブル２０および補正データ作成部２１について詳細に説明する。
【００５９】
図３は、補正用正弦波データテーブル２０に記憶されるデータの一例を示す図である。図３（ａ）に示した補正用正弦波データテーブル２０は、３６０個のデータで１周期の正弦波が形成されるようなデータを含み、図２（ａ）と同様のアドレス欄２０１およびデータ欄２０２を有するデータテーブルである。
【００６０】
ここで、圧縮機構５によって、モータ４のモータ軸、つまり回転軸に外部から矩形波状のトルク変動が伝えられ、このトルク変動を抑制する場合を考える。一般に、矩形波ｆのフーリエ級数は式（１）のように表される。
【数１】
2013102567.tif 000003
…（１）
【００６１】
ここで、ｎは次数であり、ｔは時間である。ｎ＝１が１次であり、ｎ＝３が２次であり、ｎ＝５が３次であり、ｎ＝７が４次である。本実施形態では、回転位置の情報を使用する。すなわち、式（１）の右辺は、ｓｉｎ関数を用いて表されるが、補正用正弦波データテーブル２０には、すでに正弦波データが記憶されているので、補正データ作成部２１は、回転位置に従って、補正用正弦波データテーブル２０から正弦波データを読み出せば、式（１）による波形と同じ正弦波の波形を生成することができる。
【００６２】
負荷トルクの変動を抑制するためには、補正データ作成部２１は、負荷トルクのトルク変動、すなわち、式（１）と同じ波形を作成し、作成した波形と同じ波形の補正トルクを、モータ４に発生させればよい。回転位置検出部１９からの回転位置情報（以下「回転位置信号」ともいう）が、モータ４の１回転で３６０回の分解能で出てくるものとして、補正データ作成部２１は、まず、図３（ａ）に示した補正用正弦波データテーブル２０から、式（１）にｎ＝１を代入して、回転位置に従って、アドレスを１ずつ加算しながら、つまりアドレス０，１，２・・・のデータを作成する。すなわち、補正データ作成部２１は、回転位置０の時にはアドレス０の値、回転位置１の時にはアドレス１の値を読み出す。回転位置信号は、１回転で３６０回の分解能であるので、たとえば、回転位置０は、０／３６０の位置であり、回転位置１は、１／３６０の位置である。
【００６３】
また、補正データ作成部２１は、ｎ＝３についても式（１）に代入して求める。このときは、データを回転位置に従って読み出すアドレスとしては、３個おきに、つまり、アドレス０，３，６・・・を読み出せばよい。すなわち、補正データ作成部２１は、回転位置０の時にはアドレス０の値、回転位置１の時にはアドレス３の値を読み出す。
【００６４】
このようにして、補正データ作成部２１が、ｎ＝１，３，５，７の４次までの高次波について、データを読み出し、さらに式（１）に示すような（４／（π×ｎ））の振幅を計算して、これらを加算すると、図３（ｂ）に示したグラフのように矩形波状の負荷トルク変動補正データが得られる。すなわち、図３（ｂ）に示したグラフは、回転位置ごとに、ｎ＝１のときの（４／πｎ）・ｓｉｎπｎｔと、ｎ＝３のときの（４／πｎ）・ｓｉｎπｎｔと、ｎ＝５のときの（４／πｎ）・ｓｉｎπｎｔと、ｎ＝７のときの（４／πｎ）・ｓｉｎπｎｔとを加算したグラフである。横軸は、回転位置を示し、縦軸は、振幅を示す。振幅は、データ欄２０２の最大振幅を「１」としたときの値である。
【００６５】
このように、負荷トルク変動補正データを補正用正弦波データテーブル２０から作成することは、式（１）のサイン演算を行う必要がないので、補正データ作成部２１は、制御回路７のマイコンの処理負荷を軽減し、演算時間を短縮することができる。
【００６６】
補正用正弦波データテーブル２０からのデータの読み出しについて、もう少し具体的に説明する。補正データ作成部２１は、回転位置信号が「０」の位置であった場合は、ｎ＝１，３，５，７のいずれの場合もアドレス０の値を読み出す。図３（ａ）に示した補正用正弦波データテーブル２０では、データは「０」である。この場合、これらの値に振幅を乗算して合算しても、値は「０」である。次に、補正データ作成部２１は、回転位置信号が「１」の位置であった場合は、ｎ＝１についてはアドレス１のデータを、ｎ＝３については回転位置信号の３倍のアドレスであるアドレス３のデータを、ｎ＝５については回転位置信号の５倍のアドレスであるアドレス５のデータを、ｎ＝７については回転位置信号の７倍のアドレスであるアドレス７のデータを読み出し、読み出したそれぞれのデータに４／（π×ｎ）の振幅を乗算して、それぞれの乗算結果を合算する。
【００６７】
補正データ作成部２１は、これをモータ４の回転とともに更新されていく回転位置信号ごとに行うことによって、図３（ｂ）に示したような矩形波状の負荷トルク変動補正データを作成していく。そして、補正データ作成部２１は、作成した負荷トルク変動補正データを、ＰＷＭ作成部１８に送り、ＰＷＭ作成部１８がモータ駆動することで、矩形波状のトルクを発生することができる。したがって、制御回路７は、負荷トルクの変動による負荷トルク変動を抑制することができて、負荷トルク変動に伴うモータ４および圧縮機構５の振動および騒音の抑制を実現することができる。
【００６８】
次に、モータ４自体が発生する発生トルクの補正について説明する。一般に、トルクリップルと呼ばれている発生トルクの変動は、１回転中に、固定子の巻線スロット数と回転子の磁極数との最小公倍数のトルク変動が発生する。
【００６９】
図４は、モータ４の断面を示す図である。図５は、トルクリップルの一例を示す図である。モータ４は、固定子４１および回転子４３を含んで構成される。固定子４１には、スロット４２およびスロット４２が形成される。ティース４５は、コイル巻き芯である。スロット４２は、ティース４５に巻かれる固定子コイル巻線を収容する。回転子４３は、磁極４４および回転軸４６を含んで構成される。磁極４４は、永久磁石である。回転軸４６は、回転子４３から図４の紙面鉛直方向に延在している。
【００７０】
図４に示したモータ４は、３相６スロット４極モータの例である。３相６スロット４極モータのような種類のモータでは、一定のトルクを発生しようとしても、図５に示したグラフのように、回転角度３０度ごと、すなわち回転数の１２倍が基本の周期となるトルク変動、いわゆるトルクリップルが発生してしまう。横軸は、回転角度（度）を示し、縦軸は、トルク（Ｎ・ｍ）を示す。トルクリップルの波形は、磁極４４やティース４５の形状や配置などによって、多少波形は変わるが、回転数の１２倍という基本周期は変わらない。
【００７１】
図６は、トルクリップルの他の例を示す図である。横軸は、回転角度（度）を示し、縦軸は、トルク（Ｎ・ｍ）を示す。図６に示したトルク変動波形を示すトルクリップルの例は、偏芯によるものである。偏芯とは、固定子４１の中心位置に対して回転軸４６の中心がずれてしまっていることや回転軸４６が傾いていることである。この偏芯は、圧縮機６へのモータ４の組み込み時の組み付け誤差、あるいは各部材の加工精度によって発生するものである。また、電気的にみても、ティース４５に巻かれるコイルの巻きむらなどにより一部のティース４５に巻かれた固定子コイル巻線に流れる電流が変化すると、その電流の変化が発生トルクに影響を及ぼす。これも広義の意味で、偏芯ということができる。
【００７２】
偏芯は、モータ４個々によって、その大きさや変動成分が異なる点が特徴的である。近年、モータ効率の高効率化を図るため、固定子４１と回転子４３とのギャップの狭隙化が図られている。ギャップの狭隙化によってギャップに対する偏芯量の割合が相対的に大きくなってきており、偏芯によるトルク変動も、モータ４の振動および騒音に大きく関係している。
【００７３】
このようなトルクリップルについても、上記と同様に、補正データ作成部２１によって補正データを作成して抑制すればよいが、上述のような圧縮機構５などの外部から加わる負荷トルクの変動と、トルクリップルに代表される発生トルクそのものの脈動であるトルクリップルとを同等に合算すると、トルク変動を悪化させてしまうことになりかねない。このことを式（２）および式（３）を用いて説明する。以下、各式では、乗算記号「×」を「・」で表わす。
【数２】
2013102567.tif 000004
…（２）
【００７４】
ここで、Ｔは発生トルクまたは負荷トルクの直流成分からなるモータトルク、Ｋはモータ４固有のトルク定数、Ｉはモータ４に流すモータ電流の直流成分、ｔは周期成分からなる負荷トルク変動成分、ｉは負荷トルク変動補正データによる周期成分からなる負荷トルク補正電流である。補正電流ｉは、具体的には、モータ４の回転位置情報に従って、補正用正弦波データテーブル２０から読み出して作成される周期成分である。
【００７５】
モータトルクＴは、式（２）の上段の式のように、トルク定数Ｋとモータ電流Ｉとの積で発生する。ここで、外部より負荷トルク変動成分ｔが加わった場合、負荷トルク変動成分ｔによる振動などの悪影響を防ぐためには、負荷トルク変動成分ｔと同波形の補正電流iが流れるようにすればよく、上述の方法で負荷トルク補正電流ｉが流れるような補正データを作成すればよい。
【００７６】
次に、図５に示したトルクリップルのように、発生トルクそのものが変動することについて考慮すると、モータトルクＴは式（３）のようになる。
【数３】
2013102567.tif 000005
…（３）
【００７７】
ここで、ｔｒは発生トルクの周期変動成分（以下「発生トルク変動成分」という）、ｋはトルク定数の周期変動成分である。すなわち、トルクリップルなど、発生トルクそのものの変動については、トルク定数に周期性をもったトルク変動定数ｋが存在していると見なすことができ、発生トルク変動成分ｔｒ（＝ｋ・Ｉ）が発生する。これを上記と同様に、補正電流ｉをモータ電流Ｉに加算して補正すると、式（３）の下段の式のように、発生トルク変動成分ｔｒ（＝ｋ・Ｉ）だけでなく、ｔｒａ（＝Ｋ・i＋ｋ・ｉ）という新たな発生トルク変動成分（以下「新たな発生トルク変動成分」という）も発生してしまう。仮に、Ｋ・ｉを負荷トルク変動による振動および騒音を抑制するためのトルクだとしても、「ｋ・Ｉ＋ｋ・i」というトルク定数の周期変動成分によるトルク変動が発生してしまうことになる。
【００７８】
この発生トルク変動成分ｔｒおよび新たな発生トルク変動成分ｔｒａによる変動が発生トルク変動であり、上記のように、負荷トルク変動と同様の補正では除去することができないことを表している。したがって、平滑なモータ駆動のためには、負荷トルク変動とは異なる計算式を用いて補正データを作成し、これらのトルク変動成分ｔｒ＋ｔｒａを抑制する必要がある。発生トルクを周期的な変動なく平滑にするためには、発生トルクに周期的なトルク変動成分ｔｒ＋ｔｒａが発生しないようにすればよいので、Ｋ・ｉ＋ｋ・Ｉ＋ｋ・ｉが０になるようにすればよい。次の式（４）は、発生トルクを補正するための発生トルク補正電流をｉｃとし、発生トルクの変動分が０になるような発生トルク補正電流iｃを求める式である。
【数４】
2013102567.tif 000006
…（４）
【００７９】
周期変動が０になる発生トルク補正電流ｉｃを求めると、式（４）の下段の式のようになる。すなわち、補正データ作成部２１では、負荷トルク変動のときと同様に、発生トルク変動と同波形のデータ、つまり式（４）の下段の式のｋに相当するデータ、を作成するとともに、式（４）の下段の式の計算を行った後に出力すればよい。周期変動成分ｋは、周期成分であり、上述と同じように、図３（ａ）に示したような補正用正弦波データテーブル２０から、回転位置に従って、データを読み出して作成される。
【００８０】
モータ電流Ｉおよびトルク定数Ｋは、いずれも直流成分であり、圧縮機６の駆動条件で回転数によって一義的に決まる値であるので、定数として予め設定しておけばよい。負荷トルク変動の補正は、式（２）のように抑制した波形と同じ波形を、そのままモータ電流として出力して負荷トルク変動と同じトルクを発生させるものである。しかし、発生トルク変動の補正では、変動成分が発生しないように補正するものであり、補正対象が変わるので、上記のような所定の計算を施した補正データを作成することで、トルクリップルの抑制も実現できる。
【００８１】
なお、負荷トルク変動の補正と、発生トルク変動の補正とを同時に行う場合には、補正データ作成部２１は、負荷トルク補正電流iを流すための負荷トルク変動補正データと、発生トルク補正電流ｉｃを流すための発生トルク変動補正データとを、それぞれ上述したように、補正用正弦波データテーブル２０から読み出して所定の計算をした後に、合算して出力すればよい。この合算について式で表すと、式（５）のようになる。
【数５】
2013102567.tif 000007
…（５）
【００８２】
式（５）の上段の式の右辺の（Ｉ＋ｉｃ）・（１＋ｉ／Ｉ）の項が、負荷トルク変動と発生トルク変動とを同時に補正するための合算式である。これに式（４）の下段の式で表わされる発生トルク補正電流ｉｃを代入すると、出力トルクは、Ｔ＋ｔ（Ｔ＝Ｋ・Ｉ、ｔ＝Ｋ・ｉ）となる。したがって、トルク定数の周期変動成分ｋによる発生トルク変動は除去され、周期変動トルクとしては、負荷トルク変動に応じた負荷トルク変動成分ｔのみを発生させることができる。これによって、制御回路７は、トルクリップルによる発生トルク変動を抑制することができ、かつ圧縮機構５の負荷トルク変動に合わせたトルクを発生することができ、モータ４の振動および騒音を抑制することができる。
【００８３】
ここで、圧縮機６において、モータ４に接続されているのは、圧縮機構５のみであり、外部からの負荷変動要因による負荷トルク変動は、圧縮機構５の圧縮サイクルによるものと限定することができる。この圧縮機構５の負荷トルク変動の周期は、シングルロータリー方式で１回転１周期、つまり１倍成分が基本成分であり、また、ツインロータリー方式で１回転２周期、つまり２倍成分が基本成分である。
【００８４】
また、負荷トルク変動は、基本成分とその高調波成分とからなる。負荷トルク変動の代表的な波形の形状は、三角波に近い。三角波の高調波成分の振幅は、基本成分に比べると１／｛（高次成分の値）２｝となる。たとえば、三角波の２倍高調波は、基本成分の振幅の１／４の振幅である。このように、高次成分による負荷トルク変動は小さく、実用上負荷トルク変動は、基本成分のみを補正して抑制することができればよいこともある。そこで、補正データ作成部２１は、上記の負荷トルク変動の補正と、発生トルク変動の補正とにおいて、圧縮機構５の圧縮サイクルの１回転中の周期を負荷トルク変動として、それより高次の成分を発生トルク変動として扱う。そして、補正データ作成部２１は、負荷トルク変動と発生トルク変動とのそれぞれで上記のような補正データを作成するための計算を行うことで、補正データの周期によって、補正データの計算を一義的に決めることができる。したがって、制御回路７は、補正データ作成部２１での計算を軽減することができる。
【００８５】
図７は、トルク変動補正処理の処理手順を示すフローチャートである。最も簡単な例として、ツインロータリー方式で、３相６スロット４極のモータ４を含む圧縮機６で、回転数の２倍周期成分のみを負荷トルク変動補正データを用いて補正し、回転数の１２倍周期成分のみを発生トルク変動補正データを用いて補正する場合を、図７のフローチャートを交えて説明する。制御回路７は、制御回路７の電源が投入され、動作可能になると、ステップＳ１に移る。
【００８６】
ステップＳ１では、回転位置検出部１９は、モータ４の回転位置情報を更新する。ステップＳ２，Ｓ３では、補正データ作成部２１は、ステップＳ１で回転位置検出部１９によってモータ４の回転位置情報が更新されると、更新された回転位置情報に基づいて、補正用正弦波データテーブル２０から該当の補正値を読み出す。
【００８７】
たとえば、補正用正弦波データテーブル２０が図３に示したような１周期分の正弦波データであれば、ステップＳ２では、補正データ作成部２１は、２倍成分のデータを読み込んで振幅を設定する。すなわち、補正データ作成部２１は、補正用正弦波データテーブル２０から回転位置情報ごとに２個飛ばしのデータを読み出し、読み出したデータ、つまり振幅を、負荷トルク変動補正データとし、負荷トルク変動補正データから負荷トルク補正電流ｉを計算する。ステップＳ３では、補正データ作成部２１は、１２倍成分のデータを読み込んで振幅を設定する。すなわち、補正データ作成部２１は、補正用正弦波データテーブル２０から回転位置情報ごとに１２個飛ばしのデータを読み出し、読み出したデータ、つまり振幅を、トルク定数の周期変動成分ｋを表す発生トルク変動補正データとする。
【００８８】
なお、読み出したデータｋを、振幅に変換する場合は、所定の値を乗算する。駆動用正弦波データテーブル１３に記憶されているデータの値は、たとえば最大振幅を「１」としたときの振幅である。したがって、実際の振幅を求めるためには、補正したいトルク成分が除去できるように振幅を調整する必要がある。所定の値は、振幅を調整するための調整値である。調整値は、装置の組立後に一度だけ、トルクを、周波数を分析しながら、実際にトルクの補正を実施し、所望の成分を除去することができる振幅の調整値として求められる。
【００８９】
ステップＳ４では、補正データ作成部２１は、発生トルク変動補正データを計算する。すなわち、補正データ作成部２１は、式（４）の下段の式に従って、読み出したデータｋに対して、発生トルク補正電流iｃを求める計算を行う。ステップＳ５では、補正データ作成部２１は、負荷トルク補正電流iと発生トルク補正電流ｉｃを、式（５）の上段の式に示す（Ｉ＋ｉｃ）・（１＋ｉ／Ｉ）に従って合算する。
【００９０】
ステップＳ６では、補正データ作成部２１は、合算した補正データをＰＷＭ作成部１８に送り、ステップＳ１に戻る。制御回路７は、ステップＳ１〜Ｓ６をモータ４の回転位置情報が更新されるごとに実行する。
【００９１】
上述したように、負荷トルク変動および発生トルク変動では主成分が一番大きいので、上記のように２倍成分、および１２倍成分のみを補正するだけでも、モータ４の騒音および振動を抑制する効果を得ることも可能である。また、補正データとしては、正弦波データを１種類のみ保持していればよく、データ容量を削減することが可能である。このように、制御回路７は、回転数の何倍の周期成分かによって、負荷トルクなのか発生トルクなのかを分けることで、補正データの作成を簡便に行うことができる。
【００９２】
上述した各式は、内部永久磁石（Internal Permanent Magnet：以下「ＩＰＭ」という）モータで、通電位相を変更した際に発生するリラクタンストルクについては、表現していないが、発生トルクの周期変動などは、同様の考え方であり、本実施形態は、この種のモータにも適用することができる。
【００９３】
回転位置検出部１９でのモータ４の回転位置の検出は、文献「エアコン用正弦波駆動インバーターコンプレッサモータの高性能駆動：東芝レビューＶｏｌ．５７Ｎｏ．１０」に記載されているように、モータ４の回転速度を推定して、これを積分することでモータ４の回転位置を求めてもよいし、あるいは図１に示した構成で、モータ駆動に使用している位相差の情報を利用してもよい。位相差を用いた回転位置の計算例は、式（６）になる。
【数６】
2013102567.tif 000008
…（６）      
【００９４】
ここで、Ａは駆動電圧の振幅、ω（ｔ）は回転位置を表しており、δは駆動電圧の印加タイミングとモータコイルに発生する逆起電圧との位相差、Ｒはモータコイル抵抗、Ｂはモータ電流の振幅、θは駆動電圧とモータ電流との位相差である。
【００９５】
式（６）の上段の式は、左辺の第１項が駆動電圧、第２項が逆起電圧であり、両者の差がコイル電流を流すためのトルク電圧となることを表している。式（６）の上段の式の右辺は、トルク電圧がコイル抵抗とコイル電流との積であることを示している。すなわち、モータ４が回転している状態では、駆動電圧が印加されており、また、回転に伴う逆起電圧が発生しており、駆動電圧と逆起電圧との差が回転を持続するために必要なトルクを発生するための電圧であることを示している。また、式（６）の下段の式は、上段の式をδについて求めたものである。
【００９６】
ここで、逆起電圧は、モータ４の回転に応じて発生するものである。逆起電圧の位相は、モータ４の回転位置と同期しているので、逆起電圧の波形の位相は、回転位置そのものを示していると考えることができる。モータ４への電圧の印加タイミングは、駆動データ作成部１２で作成する駆動電圧波形の位相であるので、位相差検出部１４は、駆動電圧と逆起電圧との位相差δが分かれば、モータ４の回転位置を求めることができる。モータ４に印加する駆動電圧の振幅Ａは、位相差δを求めるための情報であり、ＰＩ演算部１７で演算された値に比例した値を示す情報であるので、印加する駆動電圧の振幅Ａを使用すればよく、モータ電流の振幅Ｂは、モータ電流推定部１０で検出した値で求めることができる。回転位置検出部１９は、駆動電圧の振幅Ａおよびモータ電流の振幅Ｂと、位相差検出部１４で求めた駆動電圧とモータ電流との位相差θとからδを計算することができる。したがって、モータ４の回転位置は、上記に従って、駆動電圧の印加タイミングを逆起電圧の位相差δ分だけ補正した値になる。
【００９７】
図８は、回転位置検出の実験結果の一例を示す図である。図８に示した回転位置検出の実験結果は、モータ４の駆動電圧の印加タイミングと実際の回転位置との関係、および逆起電圧の位相差δの計算を実施して回転位置を補正した位置と実際の回転位置との関係を、実際にモータ４を駆動して求めたときのグラフである。図８に示した回転位置検出の実験結果は、種々の回転条件で回転位置の検出がどのように変化するかを確認したものである。
【００９８】
縦軸は、モータ４の回転位置を表している。ここでは、回転位置の検出変動を確認するため、モータ４の回転軸４６にエンコーダを取り付け、エンコーダのカウント値を示している。このエンコーダは、１回転で３６０パルスであり、１パルスのカウントが１度の回転角度に相当するものであり、カウント値は回転角度を示している。横軸は、回転条件を示している。回転条件は、回転数（ｒｐｍ）／負荷（Ｎｍ）で示している。０Ｎｍは、無負荷であることを示している。
【００９９】
モータ４の回転位置情報として、駆動電圧の印加タイミングをそのまま使用した場合は、図８に示したグラフで塗りつぶした菱形状の印で示したように、モータ４の回転数や負荷トルクの回転条件によって、検出位置が５度以上変動してしまうことが分かる。これは、モータ４の回転位置情報を元にトルクを補正するための補正データを作成する制御回路７では、トルク変動と補正データとに位相ずれが生じることを示しており、抑制効果が弱くなってしまうことを示している。上述したように位相差δを用いて回転位置を検出した場合は、図８に示したグラフで塗りつぶした正方形状の印で示したように、回転条件が変わっても、回転位置情報の変動は小さく、トルク変動の抑制効果が損なわれないことが分かる。
【０１００】
このように、制御回路７は、駆動電圧とモータ電流との位相差をはじめとする情報によって回転位置を計算することで、正確な回転位置を検出することができ、これによりトルク変動を抑制することができる。
【０１０１】
図９は、本発明の第２実施形態である制御回路７１の構成を示すブロック図である。制御回路７１の構成要素のうち、制御回路７と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために、説明は省略する。
【０１０２】
制御回路７では、駆動用正弦波データテーブル１３と補正用正弦波データテーブル２０とは、ともにアドレスに対する正弦波データで構成されている。したがって、補正用正弦波データテーブル２０として、駆動用正弦波データテーブル１３そのものを使用することで、正弦波データテーブルに関わるデータ容量を削減することができる。図９では、正弦波データテーブル２２が、駆動用正弦波データテーブル１３および補正用正弦波データテーブル２０に該当するものである。
【０１０３】
図１０は、本発明の第３実施形態である制御回路７２の構成を示すブロック図である。制御回路７２の構成要素のうち、制御回路７と同じ構成要素については、同じ参照符を付して、重複を避けるために、説明は省略する。
【０１０４】
上述したように、制御回路７および制御回路７１は、トルク変動を補正して抑制するために、モータ４の発生トルクを変化させて、トルク変動を打ち消すトルクを発生させている。このために、制御回路７および制御回路７１は、モータ４に印加する駆動電圧を変化させて、それに伴いモータ電流を変化させている。すなわち、モータ４の駆動制御を行うための位相差検出部１４および回転位置検出部１９は、すでに変化したモータ電流の情報に基づいて、位相差や回転位置を検出することになり、検出結果に誤差が生じる。
【０１０５】
これを防止するため、図９に示した制御回路７２の構成では、位相差検出部１４および回転位置検出部１９に、補正データ作成部２１で求めたトルク変動補正データを入力している。位相差検出部１４および回転位置検出部１９では、トルク変動補正データによるモータ電流の波形などの変化分を減算することによって補償して、本来のモータ電流を推定し、推定したモータ電流によって、正確な位相差および回転位置を検出することができる。
【０１０６】
このように、本発明に係る実施形態は、モータ４のトルク変動を抑制して平滑に駆動するものであり、圧縮機６などに内蔵される制御回路７，７１，７２などのモータ制御装置に適用することができる。
【０１０７】
上述したように、モータ４の回転位置に同期して周期的に発生するトルク変動を抑制する制御回路７は、１種類の補正用正弦波データテーブル２０と、補正用正弦波データテーブル２０から位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正データを作成し、これらを合算したトルク変動補正データを作成する補正データ作成部２１を備えている。複数の補正データは、トルク変動成分を式（１）のようにフーリエ級数展開したときの正弦データもしくは余弦データである。
【０１０８】
このような実施形態によれば、補正データ作成部２１は、モータ４の回転位置に応じて、補正用正弦波データテーブル２０からデータを読み込んで、位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正トルクを発生するための複数の補正データを生成して合算することで、トルク変動を抑制するための補正トルクを発生するためのトルク変動補正データを生成する。そして、ＰＷＭ作成部１８は、このトルク変動補正データに基づいて、モータ４に駆動電圧を印加して、モータ４に、トルク変動を抑制することができるトルクを発生させることによって、トルク変動の抑制を実現することができる。
【０１０９】
ここで、位相を所望の位相にするには、補正用正弦波データテーブル２０から読み出すアドレスに、所定のオフセット値を加算すればよい。周期を所望の周期にするには、補正用正弦波データテーブル２０から読み出すアドレスを所定値間引けばよい。また、振幅を所望の振幅にするには、読み出したデータに所定の値を乗算すればよい。
【０１１０】
このようにすることで、補正データ作成部２１は、１種類の補正用正弦波データテーブル２０から複数の正弦波データを作成することができるので、これを合算することで、トルク変動に整合したトルク変動補正データを効率よく作成することができる。
【０１１１】
たとえば、エアコンディショナー（以下「エアコン」という）製品を例に取ると、機能や冷暖房性能、あるいは価格が異なる複数の機種が商品としてラインアップされており、エアコンに使用される圧縮機もそれぞれで異なるものが用いられている。ここで、トルク変動補正データそのものをメモリなどの記憶装置に記憶して格納する場合を考えると、その機種ごとに専用の補正データを作成してメモリに書き込むという作業が生じ、さらに、補正データの作成および管理の手間が生じるとともに、調整および設定に長時間が必要となってしまい、人員およびコストアップなどが増加してしまう。
【０１１２】
また、全機種の補正データを各装置のメモリに格納しておく場合は、メモリ使用領域が増大してしまうという問題が生じる。本実施形態では、補正データとしては、１種類の補正用正弦波データテーブル２０のみでよく、除去したい成分などの情報を設定するだけでよい。除去したい成分とは、振動への影響が大きい成分のことである。すなわち、負荷トルク変動の波形は、純粋な正弦波ではなく、複数の正弦波が重畳された歪波である。重畳されている複数の正弦波のうち負荷トルク変動への寄与が大きい成分は、１つないしは２つ程度であるので、負荷トルク変動の波形から、この影響の大きい成分だけを除去すれば振動を抑えることができる。
【０１１３】
また、たとえば、制御回路７に外部から操作可能な複数のスイッチを設け、各スイッチのオン／オフ（以下「ＯＮ／ＯＦＦ」という）を、各周期成分の補正のＯＮ／ＯＦＦと連動させ、ユーザが、使用時に任意のスイッチをＯＮ／ＯＦＦする設定を行うだけで所望のトルク変動の補正が実現できる。これにより、制御回路７のメーカは、装置の設定および調整作業を大きく軽減することができる。特に、偏芯によるトルク変動は、モータ４個々によるものであり、事前にトルク変動補正データを準備しておくことはできないが、本実施形態の制御回路７では、出荷前の試運転における騒音および振動の測定結果から補正実施成分を設定することで、制御回路７のメーカは、装置の設定および調整作業を大幅に軽減することができる。
【０１１４】
また、トルク変動補正データは、圧縮機６に内蔵される圧縮機構５に起因するトルク変動を抑制するための負荷トルク変動補正データと、その他の要因によるトルク変動を抑制するための発生トルク変動補正データとからなり、補正データ作成部２１は、両補正データを異なる演算式で演算して合算する。
【０１１５】
また、トルク変動補正データは、圧縮機構５の負荷トルク変動の周期の１次成分を負荷トルク変動補正データと、それより高い変動周期を発生トルク変動補正データとからなり、補正データ作成部２１は、両補正データを異なる演算式で演算して合算する。
【０１１６】
このような実施形態によれば、補正データ作成部２１は、トルク変動の発生要因が異なっても効果的にトルク変動を抑制することができるトルク変動補正データを作成することができる。
【０１１７】
各補正データは、モータ４の回転位置情報に応じて補正用正弦波データテーブル２０から読み出され、モータ４の回転位置情報の検出には、モータ４の特定相に流れる電流と同相への印加電圧との位相差の情報が用いられる。
【０１１８】
また、モータ４の駆動方法は、モータ４の特定相に流れる電流と同相への印加電圧との位相差を所定の値に制御するものである。
【０１１９】
また、制御回路７は、負荷トルク変動補正データおよび発生トルク補正データによるモータ４の回転位置の変動を抑制するものである。
【０１２０】
また、制御回路７は、１種類の補正用正弦波データテーブル２０から、各補正データを作成するとともに、モータ４の駆動波形も生成している。
【０１２１】
このような実施形態によれば、制御回路７は、モータ４の回転位置を高精度に検出することができるので、トルクリップルなど高次のトルク変動成分の抑制が可能になるとともに、モータ駆動に必要な情報を利用するので特別な検出手段の必要がない。
【０１２２】
さらに、上述した実施形態によれば、制御回路７は、補正用のデータとして１種類の補正用正弦波データテーブル２０のみを記憶するだけの少ないメモリ容量で、モータ４を平滑に駆動すること、およびモータ４を内蔵した圧縮機６の振動および騒音を抑制することができる。制御回路７は、トルク発生要因が異なる場合や、高次のトルク変動成分についても効果を奏することができる。さらに、トルク補正データは、通常の正弦波のデータであるので、装置のメーカは、モータ４の種類などに依存することなく、装置ごとに設定を行う手間を省くことができる。
【０１２３】
このように、モータ４の回転角度に同期して周期的に変動する、モータ４が発生する発生トルクと負荷を駆動するために必要な負荷トルクとの差の変動であるトルク変動を抑制するにあたって、補正用正弦波データテーブル２０は、モータ４の回転角度に対して正弦波状に変化するトルクの値を表す正弦波データを記憶する。補正データ作成部２１は、補正用正弦波データテーブル２０に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて、発生トルクを補正するための複数の補正トルクであって、位相、周期および振幅のうちいずれかが異なる複数の補正トルクを発生するための複数の補正データを生成し、生成した複数の補正データによって発生される複数の補正トルクの値を加算し、加算した補正トルクの値を発生させるためのトルク変動補正データを生成する。そして、ＰＷＭ作成部１８は、補正データ作成部２１によって生成されたトルク変動補正データに基づいて、発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、制御回路７は、少ないメモリ容量のトルク補正データ、つまり正弦波データで、負荷トルク変動および発生トルク変動などのトルク変動を抑制するとともに、モータ４をより平滑に駆動し、モータ４を内蔵した圧縮機の振動および騒音を抑制することができる。また、制御回路７は、メモリに格納するトルク補正データを、モータ４固有のデータではなく、モータ４の個体差や機種に依存しない汎用性の高いデータとすることができる。
【０１２４】
さらに、前記複数の補正データは、補正用正弦波データテーブル２０に記憶される正弦波データが表すトルクの値の変動成分をフーリエ級数展開したときの正弦の項または余弦の項によって表わされる波形のデータである。したがって、制御回路７は、正弦波データから容易に複数の補正データを生成することができる。
【０１２５】
さらに、前記複数の補正データは、負荷に起因するトルク変動を抑制するための負荷トルク変動補正データと、負荷を除く残余の要因に起因するトルク変動を抑制するための発生トルク変動補正データとからなる。そして、補正データ作成部２１は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して発生トルクの変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成する。したがって、制御回路７は、トルク変動の発生要因が、負荷トルク変動および発生トルク変動のように異なった発生要因を含んでいても、効果的にトルク変動を抑制することができるトルク変動補正データを作成することができる。
【０１２６】
さらに、前記複数の補正データは、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の一次成分を抑制するための負荷トルク変動補正データと、変動する負荷トルクの変動成分のうち、変動周期の二次以上の成分を抑制するための発生トルク変動補正データとからなる。そして、補正データ作成部２１は、負荷トルク変動補正データの値と、発生トルク変動補正データの値に対して変動周期の二次以上の変動成分を０とするための演算を行った値とを加算することによって、前記トルク変動補正データを生成する。したがって、制御回路７は、負荷トルク変動が高次波成分を含んでいても、トルクリップルをはじめとする高次のトルク変動の抑制を実現して、効果的にトルク変動を抑制することができるトルク変動補正データを作成することができる。
【０１２７】
さらに、回転位置検出部１９は、モータ４の特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差に基づいてモータ４の回転角度を算出する。そして、補正データ作成部２１は、補正用正弦波データテーブル２０に記憶される正弦波データが表すトルクの値に基づいて複数の補正データを生成するとき、回転位置検出部１９によって算出された回転角度でのトルクの値を補正用正弦波データテーブル２０に記憶される正弦波データから取得し、取得した正弦波データが表すトルクの値に基づいて、前記複数の補正データを生成する。したがって、制御回路７は、モータ４の回転角度を高精度に検出することができるので、トルクリップルなど高次のトルク変動成分の抑制が可能になるとともに、モータ駆動に必要な情報を使用するので特別な検出手段を設ける必要がない。
【０１２８】
さらに、ＰＷＭ作成部１８は、前記トルク変動補正データに基づいて、モータ４の特定相に流れる電流と同相へ印加する電圧との位相差が予め定める位相差になるように発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、制御回路７は、負荷の振動および騒音を効果的に抑制することができる。
【０１２９】
さらに、ＰＷＭ作成部１８は、前記トルク変動補正データに基づいて、補正データ作成部２１によって生成された負荷トルク変動補正データおよび発生トルク変動補正データに基づいて、モータ４の回転角度と前記正弦波データに対応する目標回転角度との差の変動を抑制するように発生トルクを制御してトルク変動を抑制する。したがって、制御回路７は、モータ４の回転を平滑化することができる。
【０１３０】
さらに、ＰＷＭ作成部１８は、前記トルク変動補正データに基づいて形成した電圧波形の電圧をモータ４の各相に印加する。したがって、制御回路７は、駆動電圧の電圧波形の振幅を制御するので、容易にトルク変動補正データを生成することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  ＡＣ電圧供給源
２  コンバータ
３  インバータ
４  モータ
５  圧縮機構
６  圧縮機
７  制御回路
８  電流検出器
９  電流検出アンプ
１０  モータ電流推定部
１１  回転数設定部
１２  駆動データ作成部
１３  駆動用正弦波データテーブル
１４  位相差検出部
１５  目標位相差格納部
１６  比較部
１７  ＰＩ演算部
１８  ＰＷＭ作成部
１９  回転位置検出部
２０  補正用正弦波データテーブル
２１  補正データ作成部
４１  固定子
４２  スロット
４３  回転子
４４  磁極
４５  ティース
４６  回転軸
【図１】
2013102567.tif 000009
【図２】
2013102567.tif 000010
【図３】
2013102567.tif 000011
【図４】
2013102567.tif 000012
【図５】
2013102567.tif 000013
【図６】
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【図７】
2013102567.tif 000015
【図８】
2013102567.tif 000016
【図９】
2013102567.tif 000017
【図１０】
2013102567.tif 000018